青岛李村河污水厂生物池地基处理方案比较

庄克颜
(青岛李村河污水处理厂)

　　青岛李村河污水处理厂是利用亚洲开发银行贷款建造的二级污水处理厂，一期工程处理能力为8×10⁴m³/d。该厂位于胶州湾东岸，李村河入海口东南侧，场地原为海滩，由河堤与海堤围成天然水塘。塘底有淤泥层，含大量有机质，原塘底标高约1.0m。该场地被确定为污水厂厂址后进行了大面积回填，由于条件所限，原塘底淤泥层未清除。根据工艺流程需要，厂区设计地面高程为4.20 m。生物池的地基经处理后，设计要求的地基承载力是f_k＝140kPa。

1 厂区土层分布情况

　　第1层：人工填土
　　主要为近期回填的杂填土，包括部分建筑垃圾，局部含大块石，厚度1.1～4.8m，层底标高-2.44～0.1m，松散，f_k＝60 kPa。
　　第2层：中粗砂混淤泥
　　中粗砂与淤泥呈夹层状，厚度0～2.3m，层底标高为-3.94～-0.75m，呈灰黑色、饱和、松散稍密，该层表层有约40 cm淤泥，f_k＝80kPa。
　　第3层：淤泥质粉质粘土混中粗砂
　　厚度1.1～5.9m，层底标高为-7.31～-3.38m，灰色、饱和、软、流塑，为高压缩性、高灵敏度土，W＝32.2%，f_k＝80kPa，E_S＝3.4MPa。
　　第4层：含有机质粉质粘土
　　厚度0～2.2m,层底标高为-6.45～-3.77m，湿、软、可塑，W＝27.4%，f_k＝100kPa，E_S＝5.0MPa。
　　第5层：粉质粘土
　　厚度0～2.3m，层底标高-8.31～-5.34m，湿、可塑，W＝23.1%，f_k＝120kPa，E_S＝3.4 MPa。
　　第6层：砂砾层
　　厚度18.10～21.60m，f_k＝400kPa。

2 地基处理方案比较

　　本污水处理厂设计有两个平行的大型生物池(120m×50.2m×7.03m)，壁厚为350mm，设扶壁柱，池底板厚800mm，其中池中心部分底板厚400mm，上设400mm厚毛石混凝土配重层。池壁下条形底板基础为受力部分。
　　生物池垫层底标高为0.1m。由地质分层情况可知，池底板在回填土层内，但已接近层底，距淤泥层的高度约为80cm。根据杂填土情况及下卧层条件，此池不能采用天然地基，下面介绍地基处理方案。
2.1 换砂石土垫层
　　可用青岛地区的强风化花岗岩石屑，降水后换填土，分层碾压或采用小能量强夯，垫层压实后根据现场勘测情况，换填厚度平均为2.50m，其地基处理费用如下：
　　① 降水采用Ø 400mm、深为17m管井，井间距11m，共36口井，单井造价5000元。
　　　　　　36×5000＝180000 元
　　② 换填垫层
　　　　　　(120+8)×(50.2+8)×2×2.5×26×1.2×1.1＝1 278 351.36元
　　③ 分层碾压或小能量强夯(60 KNM)
　　　　　　(120+8)×(50.2+8)×2×7＝104 294.4元
　　④ 因第2、3层土f_k＝80 kPa且压缩性较大，经计算池中心最大池降将达15～19cm，须采用整体式受力底板，经计算比构造底板多用200t钢筋，200×2700＝540000元。
　　　　　　①+②+③+④＝210.26万元。
　　该方案可以就地取材，施工简便，能够有效地提高地基承载力，减少沉降量，并加速软弱土层的排水固结，但在施工过程中容易扰动软弱下卧层，以至在构筑物的作用下产生很大的附加沉降。
2.2 碎石桩+强夯方案
　　在原有地坪上施工碎石桩，钻孔深度11m，向孔中灌入碎石桩，完工后开挖土方并同时降水，土方开挖至标高2m后，进行2 000KNM能量强夯施工，使强夯作业面距地下水位及淤泥层的距离>2.0m。
　　该方案造价为：
　　① 降水36×5000＝180000元
　　② 碎石桩4470×150＝670500元
　　③ 强夯(120+8)×(50.2+8)×2×19.2＝286064.64元
　　①+②+③＝113.66万元
　　碎石桩及强夯施工在青岛地区已多次应用，积累了丰富的施工经验。采用碎石桩能穿透第2、3、4 层土，从而形成有效的施工通道，加速地基的固接沉降速度，提高地基的整体稳定性，但因第1层杂填土中含有大块石，给碎石桩施工增加了难度。采用强夯施工能提高地基的强度并降低其压缩性，能改善其抵抗振动液化的能力并消除土的湿陷性，但因我厂第2、3、4层土的塑性指数I_p＞10且第2层土中局部含有淤泥，会在一定程度上影响强夯的处理效果。
2.3 水泥搅拌桩或粉喷桩方案
　　据厂区地质资料，桩体应穿透第2、3、4层，桩长为6m，若要满足地基要求的承载力150kPa，则根据R_sp＝ac×R_sp+(1-ac)R_s，灰土置换率ac＝(R_sp-R_s)/(R_p-R_s)＝(150-80)/(450-80)＝0.19，取ac＝0.20以形成复合地基。
　　若桩径为500mm，搅拌桩数量为n＝F×ac/A＝(120+8)×(50.2+8)×2×0.2/［(π/4)×(0.5)²］＝15 176根，按青岛地区水泥搅拌桩40元/m计算：15176×6×40＝3642240元。
　　采用该方案能改善土的液性指数，使该层原来的流塑状态进入半固态或固态，从而有效地提高地基承载力，减少地基沉降变形，加固效果显著。地基处理方案比较见表1。

表1 地基处理方案比较 比较项目 第1方案 第2方案 第3方案 技术 可行 可行 可行 经济（万元） 210.26 113.66 364.224 施工 简便、可靠 难度较大 较方便 功能要求 可以满足设计要求 经改良后可以满足设计要求 可以满足设计要求

3 结论

　　从以上分析可以看出，采用碎石桩加强夯法处理生物池地基将较大幅度地降低工程造价，且能够提高第2、3、4层土的地基承载力，使采用构造式地板成为可能。综合比较地基处理和池体底板的总造价来看，该方案是最经济的，技术上也是可行的，并且已有成功的经验。

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　　作者通讯处：266042 青岛市四方区唐河路15号排水三工区转李村河污水处理厂
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　　(收稿日期 1999-02-08)